El bosón de Higgs no te va a hacer la cama

by Javier Santaolalla

Hay soluciones de la relatividad general para un agujero negro de Kerr que abren la puerta a posibles viajes en el espacio-tiempo, aunque podrían ser inestables. Esta solución fue hallada por el propio Einstein y uno de sus estudiantes, Rosen, por lo que también reciben el nombre de «puentes de Rosen-Einstein».

Estos agujeros podrían servir como entrada a otro punto diferente del universo. De hecho, se conjetura la existencia de los llamados «agujeros blancos».

Este sería un tipo de agujero de gusano que permitiría los viajes espaciales instantáneos. Como un atajo, uno entra en un agujero negro y sale en otro blanco, en un rincón diferente del espacio-tiempo.

Como ves, desde la primera vez que los agujeros negros se conjeturaron como estrellas oscuras hasta nuestros días, siguen envueltos en misterio. Pueden servir como puertas a otros universos quizás, o para realizar viajes en el tiempo. Tal vez nos sirvan para encontrar finalmente una teoría de gravedad cuántica. Mientras tanto, miles de científicos en el mundo se devanan los sesos intentando entender un poquito mejor lo que ocurre en estos monstruos cósmicos. Un lugar donde el espacio se desvanece tras la muerte de una estrella que se ha dejado llevar al lado oscuro.

antimateria es como los números complejos: cuando los científicos postularon su existencia, parecían un invento, un as sacado de la manga para que salieran las cuentas y así las matemáticas, o la física, estuvieran completas. Y sin embargo, al mirar la realidad, ahí están. Al encontrarlos los miramos con sorpresa y a la vez con la tremenda satisfacción de que la teoría, por fantástica o artificial que pareciera, describía la naturaleza. Y eso da un gustazo tremendo, y si eres físico, un premio Nobel. Si eres matemático no, que no hay Nobel para los matemáticos, manías de don Alfredo. EDUARDO SÁENZ DE CABEZÓN, matemático sin premio Nobel (Big Van)

Hay una máxima que se repite mucho en física y que dice ». Es una adaptación de la famosa frase de T. H. White en Camelot y que ya han visto más de una vez en este libro, como en los agujeros negros. Las ecuaciones plantean una forma de mostrar el mundo, la naturaleza. Son reglas matemáticas que describen el universo. Las reglas nos dicen lo que se puede y lo que no se puede hacer. Lo que esta frase dice es que si no hay una regla que prohíba algo, mira bien en todos los lados porque tiene que existir. Si el universo es matemático, con las matemáticas podemos descubrir el universo. La ecuación de Dirac permitía La naturaleza, si la ecuación de Dirac era cierta, dejaba la posibilidad de que algo más estuviera ahí. Y siguiendo esta famosa regla ese algo tendría que existir. ¿Pero qué era ese algo? Y ¿dónde estará escondido?

Para Dirac, más allá del problema real que suponía que su teoría del mar estaba en conflicto con la realidad y que requería de mucha imaginación, la clave estaba en encontrar esas partículas de energía negativa. Su ecuación planteaba la existencia de un nuevo tipo de materia, gemela de la materia conocida. Si su ecuación era correcta esas partículas tenían que estar allí.

Esas partículas se pueden estudiar en tierra, porque muchas de ellas llegan hasta la superficie. Para eso están las cámaras de niebla. Este invento fue el hit de la época: un aparato que permitía ver estas partículas.

La antimateria es igual de real. Lo que pasa es que no existe de forma estable en nuestro entorno. Pero esto es porque en contacto con la materia se aniquilan, solo puede estar una de las dos presente en el mismo lugar del espacio, la otra debe desaparecer.

Visitar esta sala fue mi primera experiencia con la antimateria, y por hacer el Leo en LEIR casi me echan.

La única forma de mantenerla intacta es hacerla levitar. Si consiguiéramos crear antimateria a baja energía, es decir, casi parada, podríamos mediante potentes campos magnéticos hacerla flotar en el vacío, sin tocar las paredes del recipiente.

Si existiera alguna región del universo dominada por antimateria, debería haber una frontera que las separase.

Una cosa es diseñar un instrumento para que funcione en una caverna, bajo tierra, lejos de cualquier perturbación más allá del paso de un tren, y otra cosa es montar un detector en un cohete que va a viajar a miles de kilómetros por hora, que va a estar sometido a grandes empujes, aceleraciones, y posteriormente el frío del espacio exterior.

La clave del diseño de AMS es el de cualquier gran detector, es un enorme imán. El imán hace que las partículas cargadas se curven y esta curvatura permite medir la carga y la energía de las partículas.

Si no se encuentra antimateria igual es porque no está. Y si no está es porque algo tuvo que pasar al inicio del universo. Así que una forma de explicar la asimetría materia-antimateria es buscando algo que realmente las diferencie. Si la materia ganó a la antimateria… igual fue porque no son tan idénticas como se pensaba.

Lo que aquí se consigue es espectacular: generar antihidrógeno, la unión de un antiprotón con un positrón (antielectrón). Lo resumo: se toman protones prestados de una botella de hidrógeno, algo bastante de andar por casa. Estos protones son acelerados sucesivamente por múltiples aceleradores hasta que alcanzan una velocidad muy próxima a la de la luz. A esta velocidad su energía por movimiento es mucho mayor que su energía en masa (recuerden E=mc2, masa es energía) de los protones. En estas condiciones una colisión frontal con otra partícula hace que se desprendan partículas por todos los lados.

Pero no sin límite Nadie da duros a cuatro pesetas (para los jóvenes, un duro son cinco pesetas). Si la energía que lleva el protón es el doble de la energía-masa de un protón, podrá como máximo crear un protón. Si su energía es triple, dos… así sucesivamente (no es así exactamente pero sirve para hacerse una idea). Con una energía de movimiento casi treinta veces su masa, el protón es una máquina de crear partículas. Como protones, kaones, muones… y también, por supuesto, antiprotones. Imagínense un elefante viajando a altísima velocidad a punto de entrar en una cacharrería. Pues algo así es lo que va a ocurrir.

Al protón a tal velocidad se le hace colisionar con un alambre de metal. La alta densidad de partículas en el metal hace que el protón choque frontalmente con otras partículas. Y como si de unos fuegos artificiales se tratara, co...

Entre ellas nuestra partícula deseada, Lo primero que hay que hacer es filtrar y recolectar, es decir, enfocar las partículas con lentes magnéticas y separar los antiprotones del resto de partículas no deseadas. Los antiprotones una vez filtrados se insertan en el Antimatter Deccelerator. Y cuidado, porque aquí viene otra ...

Por ello que todo el experimento se halla sujeto a un inmaculado vacío, mayor que el del espacio exterior, para evitar que nuestros antiprotones se aniquilen con cualquier partícula que pase por ahí. ¡Ay lo que hacemos por su bienestar! Pero no hay que olvidar que el objetivo final es aparear el antiprotón con el positrón, y con un antiprotón volando a tal velocidad, es difícil capturarlo y detenerlo o rápidamente encontrará con quien aniquilarse. Imagínense al elefante enfurecido, hay que calmarlo antes de meterlo en la jaula. Es más, a...

Esa es la función principal del AD, hacer que los antiprotones se calmen, pierdan energía. El AD funciona como cualquier acelerador de partículas pero al revés: mientras que los aceleradores empujan en el sentido de movimiento, este decelerador empuja en el sentido contrario, pero la técnica y los elementos son los mismos, hay que parar l...

Después de unas cuantas vueltas al AD los protones han perdido algo así como cien veces su energía y ya marchan de forma ordenada. A estas alturas los antiprotones se extraen listos para ser capturados. Son por lo tanto enviados a un aparato que se conoce como Penning Trap, la trampa de antipartículas.

Básicamente es una caja «inteligente» que hace rebotar con campos intensos las partículas contra las paredes, De modo que tenemos atrapados a los antiprotones, esperando la llegada de los positrones. Es verdad que se han perdido muchos por el camino, pero los que quedan, los más fuertes, están ya listos para la caza final, encontrarse con los positrones.

Comenzaron el viaje 10 billones de protones y ahora solo quedan cien mil antiprotones. Detrás han dejado una colisión con un metal, filtros y lentes, captura, desaceleración y enfriamiento y el acople final a la trampa de antipartículas. ¿No les recuerda un poco a lo que sufren los espermatozoides para fertilizar un óvulo? La realidad es que tiene cierta similitud, solo que no es un óvul...

Una vez se forma el átomo de antihidrógeno queda un reto más, que no se nos escape. Las partículas cargadas son fáciles de manipular, obedecen fuertemente a campos eléctricos y magnéticos. Pero cuando la materia es neutra… ya no hay quien los detenga. La parejita, el positrón y el antiprotón, como tontos enamorados, no hacen caso a nadie.

Sin embargo es posible mantenerlos levitando con potentes campos magnéticos no uniformes o dirigirlos por medio de láseres.

La antimateria es como un pedazo del futuro que se ha colado en el presente. Y es algo que se siente cuando uno pasea por el AD, cuando uno habla con los físicos que allí trabajan, cuando uno lee cosas tan apasionantes como estas. Por todo ello la física de la antimateria es uno de los campos de la física más apasionantes, donde más se ha avanzado en las últimas décadas y donde aún más se puede seguir avanzando, tanto por los conocimientos nuevos que se adquieren de esta extraña materia, como por sus aplicaciones prácticas.

la antimateria presenta una fuente muy concentrada y eficiente de energía que cuando controlemos va a permitir que la utilicemos en miles de aplicaciones.

Un millón de veces mayor que los combustibles tradicionales.

No hay material en la tierra con una eficiencia de producción de energía como la de la antimateria. De hecho es imposible superarla, el cien por cien de la energía inicial se desprende en la «combustión».

Se estima que generar un miligramo de antimateria tiene un coste de 10 millones de dólares, convirtiendo a la antimateria en el material más caro del mundo.

Una solución es usar combustibles más eficientes que producen un alto empuje con poca masa. Con tan solo un gramo de antimateria podríamos llegar muy lejos. Ya hay planes de cómo se podría usar antimateria como propulsor en viajes espaciales.

El uso más inmediato que tiene la antimateria es en medicina. Tanto… que ya se está usando. Es lo que se conoce como la Tomografía por Emisión de Positrones o PET.

Estos rayos son muy característicos y atraviesan el cuerpo por lo que se les puede detectar. Con un detector que cubra el cuerpo del paciente se puede determinar de dónde venían y con ello identificar el lugar donde se distribuyó la falsa glucosa.

Con ello podemos hacer mapas de actividad del cuerpo humano que pueden ser muy útiles por ejemplo para encontrar tumores y observar su evolución. También sirve para hacer estudios de actividad en el cerebro en caso de daños cerebrales o para estudiar por ejemplo el funcionamiento del cerebro de un adicto a la droga, enfermedades cerebrales, etc.